Carrera: ACB Representantes de las academias de ingeniería en Industrias Alimentarias de los Institutos Tecnológicos

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: QUÍMICA INORGÁNICA Carrera: INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Clave de la asignatura: ACB-0305 Horas teoría-horas práctica-créditos: HISTORIA DEL PROGRAMA LUGAR Y FECHA DE ELABORACIÓN Y REVISIÓN Instituto Tecnológico Superior de Uruapan del 10 al 14 de enero del 2005 Instituto Tecnológico de Ciudad Valles, del 25 al 29 de abril del 2005 PARTICIPANTES Representantes de las academias de ingeniería en Industrias Alimentarias de los Institutos Tecnológicos Comité de consolidación de la carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarias OBSERVACIONES CAMBIOS Y JUSTIFICACIÓN Reunión Nacional de evaluación de la carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarías Definición de los programas de estudio de la carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarias

2 3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA a). Relación con otras asignaturas del plan de estudio ANTERIORES POSTERIORES ASIGNATURAS TEMAS ASIGNATURAS TEMAS Conocimientos Química Introducción a la básicos de química de bachillerato orgánica Química Orgánica Clasificación y estructura de los compuestos del carbono Grupos funcionales Compuestos orgánicos de importancia biológica Conceptos básicos Fisicoquímica y la teoría cinética de los gases Equilibrio química Fisicoquímica Fases y soluciones Trabajo y energía Agua Enzimas Metabolismo de carbohidratos. Metabolismo de lípidos. Metabolismo de aminoácidos y proteínas. Nucleótidos y metabolitos secundarios. Bioquímica

3 b). Aportación de la asignatura al perfil del egresado El profesional será capaz de comprender y explicar las bases químicas, atómicas y moleculares de la composición de los alimentos, así como de los cambios que ocurren en los mismos a lo largo de las cadenas productivas 4.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO El alumno conocerá, analizará y comprenderá la teoría atómica, tabla periódica, estequiometría y cinética química como base para su aplicación dentro de la industria de los alimentos 5.- TEMARIO UNIDAD TITULO TEMAS Y SUBTEMAS 1.1. Materia 1.2. Definición, clasificación y propiedades Propiedades físicas Propiedades químicas I 1. Materia 1.3. Mezclas Compuestos puros Mezclas homogéneas y heterogéneas 1.4. Métodos de separación de mezclas Tipos y aplicaciones

4 UNIDAD TITULO TEMAS Y SUBTEMAS 2.1. Teorías atómicas Modelo de Bohr-Sommerfield 2.2. Estructura atómica Partículas subatómicas de mayor importancia: protón, neutrón y electrón Principio de dualidad (comportamiento del electrón: partícula-onda). Postulado de De Broglie Principio de incertidumbre de Heissenberg Ecuación de onda de Schrödinger Significado físico de la función Y Solución de la ecuación de onda y su significado físico: orbitales s, p, d, f Teoría cuántica y configuración electrónica II 2. Átomo Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos Hibridación de orbitales Teoría de la hibridación Formación, representación y características de los orbitales híbridos: sp3, sp2, sp, d2sp3, dsp2, sd3, dsp Niveles de energía de los orbitales Principio de exclusión de Pauli Principio de Aufbau o de construcción Principio de máxima multiplicidad de Hund Configuración electrónica de los elementos 2.3. Aplicación de la resonancia magnética nuclear para el átomo

5 UNIDAD TITULO TEMAS Y SUBTEMAS 3.1. Características de la clasificación periódica moderna de los elementos 3.2. Propiedades atómicas y su variación periódica Carga nuclear efectiva Tamaño atómico Energía de ionización Afinidad electrónica Numero de oxidación Electronegatividad III 3. Tabla Periódica 3.3. Impacto económico o ambiental de algunos elementos Clasificación de los metales de acuerdo a como se encuentran en la naturaleza Clasificación de los metales por su utilidad Elementos de importancia económica, excluyendo a los metales Elementos contaminantes 3.4. Isótopos y radioisótopos Usos en alimentos Determinación

6 UNIDAD TITULO TEMAS Y SUBTEMAS 4.1. Enlaces químicos Octeto de Lewis Enlaces interatómicos Enlaces intermoleculares IV 4. Formulación y Nomenclatura Inorgánica 4.2. Definición, clasificación, formulación y nomenclatura de: Óxidos Hidróxidos Ácidos Sales Hidruros Propiedades y usos

7 UNIDAD TITULO TEMAS Y SUBTEMAS 5.1. Leyes de conservación de materia y energía 5.2. Número de Avogadro 5.3. Mol 5.4. Relaciones masa-masa, masa-mol, volumen-masa, volumen-volumen, volumen-mol 5.5. Leyes ponderales (Proust, Dalton, Riechter-Wenzall) 5.6. Tipos de reacciones 5.7. Balanceo de reacciones químicas Por el método del tanteo Por el método algebraico V 5. Estequiometría Por el método redox Por el método del ión-electrón 5.8. Cálculos estequiométricos Peso-peso Peso-volumen Determinación de fórmulas mínimas de compuestos orgánicos e inorgánicos Cálculos en donde intervienen los conceptos de: reactivo limitante, reactivo en exceso y grado de conversión o rendimiento 5.9. Electrólisis Electroquímica

8 UNIDAD TITULO TEMAS Y SUBTEMAS 6.1. Estructura molecular del agua 6.2. Propiedades químicas del agua Ionización Momento bipolar Hidratación de iones Acidez y basicidad ph y constante de disociación Indicadores 6.3. Soluciones, coloides y suspensiones VI 6. Agua y soluciones 6.4. Soluciones Valoradas Soluciones porcentuales Soluciones molares Soluciones molales Soluciones normales Equivalente químico Titulación 6.5. Soluciones no valoradas No saturadas Saturadas Sobresaturadas

9 UNIDAD TITULO TEMAS Y SUBTEMAS 7.1. Conceptos de equilibrio químico 7.2. Orden de reacción 7.3. Velocidades de Reacción Factores que modifican la velocidad de reacción Temperatura VII 7. Cinética Química Radiaciones Presión Concentración de reactantes Catalizadores Inorgánicos Orgánicos 6.- APRENDIZAJES REQUERIDOS Ninguno 7.- SUGERENCIAS DIDACTICAS Utilización de técnicas de aprendizaje cooperativo, aprendizaje basado en problemas y estudio de casos. Definir el reglamento de laboratorio, bajo un esquema de orden, respeto y responsabilidad hacia el buen uso y mantenimiento del equipo, así como su afección a su salud, seguridad y conservación del ambiente. La realización de modelos a escala de compuestos químicos sencillos, donde se presenten hibridaciones de cualquiera de los siguientes elementos: Boro, Carbono, Silicio, Hidrogeno, Oxigeno, Fósforo, Azufre o Halógenos, especificando criterios de escalamiento y geometría del o de los orbitales híbridos implicados. El proceso de producción en nuestro país, de un elemento químico inorgánico, que sean de importancia para el campo de acción en la carrera de ingeniería en industrias alimentarias

10 El proceso de producción de algún compuesto inorgánico, que no se obtengan en nuestro país, pero que sean de importancia para el campo de acción de su carrera de ingeniería. El proceso de prevención o control de la contaminación ambiental generada por algún elemento químico o por un compuesto químico inorgánico. La discusión dentro del aula de la relación entre la estructura química de los componentes de los alimentos, y su importancia en la industria alimenticia. Prácticas y talleres acordes con las unidades de aprendizaje. 8.- SUGERENCIAS DE EVALUACION Para evaluar el aprendizaje logrado se recomienda: 1. El modelo a escala del compuesto químico 2. Los seminarios realizados a lo largo del curso 3. La participación en las discusiones que en el aula se desarrollen a través del curso así como en los seminarios 4. La actividad organizada dentro de las sesiones prácticas (laboratorio y taller) 5. Los reportes de las prácticas 6. Los exámenes escritos 7. Trabajos de investigación bibliográfica 8. Autoevaluación 9.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Materia OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA El alumno comprenderá y explicará las propiedades de la materia, las mezclas y las formas de separarlas. Para el logro del objetivo educacional, el alumno tendrá que: 1. Explicar el concepto de materia y su importancia 2, 7, 9, 11, 15, 25, Clasificar las propiedades de la materia en un alimento y clasificarlas 3. Caracterizar los fenómenos que ocurren a su alrededor entre fenómenos físicos y químicos, así como en un producto alimenticio

11 4. Efectuar prácticas de laboratorio en donde ponga en práctica las diversas técnicas de separación Unidad 2: Atomo OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA Interpretará y utilizará las bases de la química moderna en su aplicación para el conocimiento de la estructura atómica: orbítales atómicos, Para el logro del objetivo educacional, el alumno tendrá que: 1. Analice e interprete las teorías clásicas de Bohr-Sommerfield acerca de la teoría atómica 2, 5, 12, 25, 29, 30 configuración electrónica, 2. Relacione las partículas orbítales híbridos. constituyentes del átomo con los Principios de dualidad, Postulado de De Broglie, Principio de Incertidumbre de Heissenberg y la ecuación de onda de Schrödinger 3. Defina los términos de hibridación y orbital híbrido, identifique y comprenda la formación y características de cualquiera de los siguientes orbitales: sp3, sp2, sp, d2sp3, dsp2, sd3, dsp3 4. Distinga en forma clara el concepto de niveles de energía, la aplicación del Principio de exclusión de Pauli, Aufbau y Hund 5. Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos que se soliciten, determinando los números de electrones no apareados en el estado fundamental y los términos espectroscópicos asociados a los

12 estados fundamentales 6. Defina las bases teóricas y aplicaciones de la resonancia magnética nuclear, así como su importancia en el estudio del átomo Unidad 3: Tabla periódica OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA Interpretará el comportamiento de los elementos según su ubicación en la clasificación periódica moderna e identificará los beneficios y riesgos asociados a los elementos químicos. Para el logro del objetivo educacional, el alumno tendrá que: 1. Defina y comprenda los términos: carga nuclear efectiva, tamaño atómico, energía de ionización, afinidad electrónica, número de oxidación y electronegatividad 2, 7, 9, 11, 15, 25, Interprete y aplique la regla empírica de Slater para calcular el efecto de pantalla 3. Explique la influencia de n y de la carga nuclear efectiva en el tamaño atómico (o tendencia de tamaño atómico) 4. De una serie de elementos presentados en forma de pares, indique cual es el que tiene mayor energía de ionización, la mayor afinidad electrónica y la mayor electronegatividad, justificando en cada caso su elección 5. Calcule el número de oxidación de los átomos incluidos en una serie de fórmulas que se le presenten

13 6. Desarrolle una investigación bibliográfica y de campo que le permita presentar en forma escrita: a. El proceso de producción en nuestro país de algún elemento de importancia económica b. El proceso de producción de algún elemento de importancia económica que no se obtenga en nuestro país, ya sea por carecer de la fuente de obtención o por no disponer de la tecnología c. El proceso de descontaminación ambiental aplicado a nuestro país o en el exterior, para el control de determinado elemento tóxico 7. Identifique y relacione las propiedades físicas (estado físico, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad) de compuestos inorgánicos, con el tipo de fuerzas intermoleculares presentes en ellos 8. Defina los términos isótopos y radioisótopos y conozca su importancia en la industria alimentaria Unidad 4: Formulación y nomenclatura inorgánica OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA

14 Distinguirá los principales tipos de compuestos químicos a través de sus fórmulas, nomenclatura, reactividad e impacto económico y ambiental. Para el logro del objetivo educacional, el alumno tendrá que: 1. Conozca la diversidad ydiferencie las características de enlaces químicos para la formación de compuestos y moléculas. 2. Identifique en una reacción química, el tipo de reactivos utilizados y los productos obtenidos (óxidos, hidróxidos, etc.) 1, 3, 7, 9, 11, 12, 15, 17, 21, 22, 29, Cite y distinga entre la nomenclatura tradicional e IUPAQ de las fórmulas que se le presenten. Escriba las fórmulas correctas de los compuestos que le soliciten 4. Desarrolle una investigación bibliográfica y de campo, que le permita presentar en forma escrita: a. El proceso de producción en nuestro país de algún compuesto químico de importancia económica. b. El proceso de descontaminación ambiental aplicado en nuestro país o en el exterior, para el control de determinado compuesto químico tóxico Unidad 5: Estequiometría OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA

15 Resolverá problemas que comprenda relaciones masamasa, masa-mol, peso-mol, volumen-masa, volumenpeso, volumen-mol, volumen-volumen, molnúmero de Avogadro. Para el logro del objetivo educacional, el alumno tendrá que: 1. Defina la ley de Avogadro e interprete su relación con masas moleculares y mol. 2. Resuelva los problemas en los que comprenda las relaciones químicas entre masa, mol y volumen. 3. Defina las leyes ponderales. 1, 2, 6, 21, 25, 29, Explique teórica y prácticamente los tipos de reacciones químicas. 5. Identifique las reacciones químicas a través de sus ecuaciones y efectúe su balanceo de acuerdo al tipo de reacción al cual corresponde la ecuación. 6. Aplicará los conceptos de la metrología y gravimetría a través de prácticas experimentales para poder conocer composiciones porcentuales, fórmulas mínimas o moleculares de compuestos inorgánicos u orgánicos. 7. Defina el concepto básico de electrólisis, compuestos electrolíticos y no electrolíticos, e identifique su aplicación en la electroquímica. Unidad 6: Agua y soluciones OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA Comprenderá la Para el logro del objetivo 2, 6, 9, 15, 25, importancia química del 29, 30

16 agua como solvente universal. educacional, el alumno tendrá que: 1. Defina y comprenda la estructura, tipo y ángulos de enlace de la molécula del agua, así como la teoría de ionización y poder hidratante de esta molécula. 2. Definir los siguientes conceptos: ácido como formador de iones hidrónio. Base como receptor de iones hidrógeno para la formación de agua. 3. Defina, comprenda y calcule teórica y experimentalmente la constante de ionización del agua, de ácidos débiles y fuertes, bases débiles y fuertes y de ph con indicadores de color y utilizando el potenciómetro. 4. Defina los tipos de soluciones, coloides y suspensiones, las identifique y clasifique en el laboratorio. 5. Defina, prepare, valore y titule soluciones en el laboratorio y conozca su aplicación a los alimentos. 6. Defina, prepare, valore y titule soluciones no valoradas (no saturadas, saturadas y sobresaturadas) en el laboratorio y conozca su aplicación a los alimentos. Unidad 7: Cinética Química

17 OBJETIVO EDUCACIONAL ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFIA Identificar los factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas. Para el logro del objetivo educacional, el alumno tendrá que: 2, 3, 11, 15, 25, 29, Conozca el concepto de equilibrio químico 2. Distinga los distintos niveles de orden de reacción. 3. Participe en la realización en prácticas de laboratorio pertinentes a describir las velocidades de reacción en función de los componentes de la misma, así como el efecto que tienen los factores de: temperatura, radiaciones, presión, concentración y naturaleza de reactantes y catalizadores.

18 10.- FUENTES DE INFORMACION 1. Bargallo, M. Tratado De Química Inorgánica Ed. Porrua 2. Blown, T. L. Y Le May, H. E. Química: La Ciencia Central Ed. Prentice-Hall Hispanoamericana 3. Coton, F. A. Y Wilkinson, G. Basic Inorganic Chemistry Ed. John Wiley & Sons 4. Brescia, F., Mehlman, S., Pellegrini, F. C. Y Stambler, S. Química Ed. Interamericana 5. Cartwell, E. Y Fowles, G. A. Valencia Y. Estructura Molecular Ed. Reverte 6. FREY, P. R. Problemas De Química Y Como Resolverlos Ed. Continental 7. Garzon, G. Fundamentos De Química General Ed. Mcgraw-Hill 8. HUHEEY, J. E. Química Inorgánica Ed. Harla 9. Keenan, Ch. W. Y Wood, J. H. Química General Universitaria Ed. Continental 10. MANKU, G. S. Principios De Química Inorgánica Ed. Mcgraw-Hill 11. Mortimer, Ch. E. Química Grupo Editorial Iberoamericana 12. Redmore, F. H. Fundamentos De Química Ed. Prentice-Hall 13. SHRIVER, D. F., Atkins, P. W. Y Langford; C. H. Inorganic Chemistry Ed. Oxford University Press 14. Seese, W. S. y DAUB, G. W. Química Ed. Prentice-Hall 15. Whitten, K. W. Ygaile Y, K. D. Química General Ed. Interamericana 16. ARMOUR, M. A. Hazardous Laboratory Chemicals: Disposal Guide Ed. Crc Press 17. DEAN, J. A. Lange;S Handbook Of Chemistry Ed. Mcgraw-Hill 18. Grayson, M. Y Eckroth, D. Kirk-Othmer Encyclopedia Of Chemical Technology Ed. John Wiley & Sons 19. Howard, P. H. Handbook Of Environmental Degradation Rates Ed. Lewis Publishers 20. Garritz, A. Y Chamizo, J. A. Química Subsecretaria De Educación E Investigación Tecnológicas-Consejo Nacional Del Sistema De Educación Tecnológica 21. Leigh, G. J. Nomenclature Of Inorganic Chemistry: Recommendations 1990 Ed. Blackwell Scientific Publications 22. Lide, D. R. Crc Handbook Of Chemistry And Physics Ed. Crc Press 23. Selinger, B. Chemistry In The Marketplace Ed. Harcourt Brace Jovanovich 24. Chang, Química. Mc Graw Hill (Nota: Curso Adaptado Para Un Semestre Nueva Edición) Revi Stas 25. Journal Of Chemical Education 26. Chemical Week 27. Revista De La Sociedad Quimica De Mexico VINCULOS DE UTILIDAD: 1.

19 PRÁCTICAS PROPUESTAS 1. Propiedades de la masa, fenómenos físico, químico y cambios de estado 2. Mezclas y métodos de separación 3. Nomenclatura de óxidos básicos e hidróxidos 4. Nomenclatura de anhídridos, ácidos y sales 5. Ácidos y bases 6. Ley de la conservación de la masa y manifestaciones de la energía 7. Balanceo de ecuaciones químicas 8. Soluciones I (Empíricas y valoradas) 9. Soluciones II (Valoración ácido-base) 10. Velocidad de reacción